特殊的测量技术、制备样本和重视细节都是测量高光泽、高黑度涂层的先决条件。许多人以为，他们日常用来测量彩色表面的设备无疑也可以用来测量黑色。然而，当反射值接近零时（如在深黑色表面的情况下），则就意味着在某些技术方面颜色测量不能可靠进行且不能重现。由于许多人没有意识到这一点，测量结果往往显示黑度值过大或色相过蓝。
在《欧洲涂料杂志》2019年第5期[1]上的一篇关于颜色测量的文章中，我们重点介绍了样本制备和正确校准，它们对于测量结果有着重大影响。在这一部分中，我们将关注另一方面，即各种颜色深度范围最合适的测量光学几何参数。
光学颜色感知
所有的测量都应该努力在测量结果和视觉上能看到的东西之间建立一种相关性。在没有视觉缺陷的情况下，人眼仍然是我们最好的测量工具。对于高黑度或高蓝相的黑色，如果测量数据不反映目视感官效果，发布这类高黑度数据是没有意义的，只能通过合理选定的分光仪几何参数来获得有意义的数据。
因此，本研究使用了行业中常用的三种典型测量仪器（两种具有不同测量光学几何参数的台式设备和一种手持设备）：
仪器A：台式装置，光学几何参数为d/8°；
仪器B：手持设备，光学几何参数为45°/0°；
仪器C：台式装置，光学几何参数为45°/0°。
研究的目的是评估这些光学几何参数如何影响颜色值，以及是否应该优先选择某种测量光学几何参数。引言简要说明了测量技术和表征黑色涂层的方法。详尽信息见参考文献[1]、[2]和[3]。
黑度值
黑色涂层的测量值可在L*a*b*颜色空间中找到，L*轴上的值小于5，相当于小于0.1%的光反射。对于高黑度高光泽涂层（如汽车原厂涂料使用的标准面漆），L*值很容易小于1。含有炭黑的涂层系统的颜色特性可以用与色相无关的黑度值（黑度，MY）来描述。DIN 55979中规定了测量方法。同时由色相的绝对贡献来补充对颜色的完整测定（dM通常也被称为色相）。黑度值确定了黑色色强，换句话说就是，从色度或光学角度来看，黑色有多深。色相描述的是色调或色调感观。如果dM > 0，色相为蓝色；如果dM < 0，色相为棕色。
蓝相通常是首选的技术应用，特别是在汽车面漆中，因为它会产生更饱和的面漆和明亮的色彩印象。棕色色相是首选的室内应用，尤其是木器涂料。
测量光学几何参数
采用德国工业标准DIN 55979中描述的测量方法是为了便于在最低反射区域更好地进行区分，并测定具有高色深的黑色涂层的黑度。
图片
图1：45°/0°光学几何参数（a）和d/8°光学几何参数（b），用于测量黑度和色相。
这就对测量技术本身提出了很高的要求。精确测量需要大的测量孔径，以确保尽可能多的反射光到达探测器。此外，仪器必须保证测量的反射值至少精确到小数点后四位，并且使用的软件也必须能够对此进行处理。重复测量应显示非常小的标准偏差，以确保仪器噪声最小。
图片
图2：使用d/8°台式仪器在三个不同的点a、b、c测量样本1至3的黑度（MY）和色相（dM），对于每个点，分别从五次测量中确定黑度的三个平均值MY 1、2、3和色相的三个平均值dM 1、2、3。
所采用的校准标准应为黑色空心体（光阱），因为商用黑色校准板的黑度水平通常不包括当前测量的高黑度范围。
测量光学几何参数通常在45°/0°（或0°/45°）和d/8°（或d/0°）之间变化。在本文中，我们将两种最常见的几何参数进行相互比较。
图片
图3：使用45°/0°手持式仪器在三个不同的点a、b、c测量样本1至3的黑度（MY）和色相（dM），对于每个点，分别从五次测量中确定黑度的三个平均值MY 1、2、3和色相的三个平均值dM 1、2、3。
图片
图4：使用45°/0°台式仪器在三个不同的点a、b、c测量样本1至3的黑度（MY）和色相（dM），对于每个点，分别从五次测量中确定黑度的三个平均值MY 1、2、3和色相的三个平均值dM 1、2、3。
图片
图5：使用d/8°台式仪器在三个不同的点a、b、c测量样本4至6的黑度（MY）和色相（dM），对于每个点，分别从五次测量中确定黑度的三个平均值MY 1、2、3和色相的三个平均值dM 1、2、3。
第一个是45°/0°光学几何参数，如图1的上部图片所示。使用圆形灯以45°角照射样本，并垂直于表面以0°角测量。
为了进行比较，选择了同样常见的d/8°光学几何参数。这里，乌布里希球是一种球形测量光学几何结构，用于产生漫射光（图1，b）。该测量光学几何参数包括一个光泽捕捉器。测量结果会因捕捉器打开或关闭而不同。当它关闭时（包括光泽），测量产生与表面无关的颜色值，它是人眼无法自行感知的。当它打开时（不包括光泽），测量值接近人眼的印象。因此，目前的实验不包括光泽对测量的影响（光泽捕捉器打开）。
精心准备和处理
理想情况下，测量仪器应放置在干净、有空调的环境中，因为甚至和仪器噪声水平很接近温度波动也会影响当时的测量结果。每个仪器都使用自己的校准标准，不同的标准也可能导致结果不一致。由于零反射状态是使用黑色标准定义的，所以标准的设计和清洁度至关重要。另一个重要的先决条件是，必须对所有测量进行校准；不得使用仪器中存储的校准曲线。此外，必须考虑[1]中详细描述的样本的精心制备和处理。如果空气中或待测样本上有大量污垢或尘粒，它们的反射也会导致黑度值过低。校准仪器时尤其如此。
这里描述的所有测量值（除了最后一节中的单个测量值），每个报告值都是五个不同单独测量值的平均值，这应该有助于避免异常值。这五个单独的测量总是在样本的同一个点上进行。样本是一个有涂层的板。
图片
图6：使用45°/0°手持式仪器在三个不同的点a、b、c测量样本4至6的黑度（MY）和色相（dM），对于每个点，分别从五次测量中确定黑度的三个平均值MY 1、2、3和色相的三个平均值dM 1、2、3。
低至中等色素黑度
第一阶段测量了属于中低色素黑度范围的三个不同样本，基本上涵盖了典型的建筑和工业涂料。将涂层板放在台式设备上或手持设备下，在每个样本的不同点进行三次测量。在这三个点的（图2中的样本1a、1b、1c）每一点，分别做五个测量三次。例如，用三个柱状表示黑度MY，三个点表示色相dM。图2至图4显示了每种测量仪器和所使用的不同光学几何参数的黑度测量的良好再现性。相同点的所有条以及不同点的条具有大致相同的高度。就色相（dM值）而言，d/8°分光仪比两个45°/0°分光仪表现出明显更多的数据离散性。在这个黑度范围内（对于大多数用户来说应该足够了）进行测量时，测量光学几何参数不会产生显著影响。即使是手持装置也可以提供可再现的结果，前提是手提装置已经被正确校准，并且样本也经过精心制备。然而，使用d/8°分光仪时，还必须注意数值的可能离散性，尤其是在测量色相时。如有疑问，应使用45°/0°分光仪对获得的值进行复测。
高至超高色素黑度
作为炭黑制造商，我们收到的支持我们实验室客户的大多数请求自然都是针对非常高的黑度范围。典型的应用领域是汽车面漆，以及高端工业应用和电子设备的涂层。在这个测量范围内，我们再次将三块板放在相应仪器的上方或下方，并在三个不同的点上进行持续测量。同样，在每个点分别进行五个测量三次，不要移动中间的板。
图片
图7：使用45°/0°台式仪器在三个不同的点a、b、c测量样本4至6的黑度（MY）和色相（dM），对于每个点，分别从五次测量中确定黑度的三个平均值MY 1、2、3和色相的三个平均值dM 1、2、3。
图5至图7表明，如果色相精度的小幅下降是可接受的，则d/8°光学几何参数仍然适用于高达约300黑度MY值（样本4）（如样本1至样本3的情况）。另一方面，对于样本5和6，在再现性测量中获得的值已经存在显著的离散性——即，在不移动板的情况下，在五个测量的三个系列中测量完全相同的点时。因此，不能假定这种光学几何参数会产生可靠的结果。特别是，色相dM的结果说明测量的再现性差。此外，使用d/8°光学几何参数确定的MY值往往比45°/0°光学几何参数高得多。这是产品营销的一个有趣点；但是，随着再现性的缺乏，问题来了：以这种方式测量的已公布的MY值是否有信誉？为此，我们选择使用45°/0°光学几何参数。虽然使用d/8°光学几何参数获得的显著更高的值确实继续出现在文献中，但我们更倾向于公布通过更科学的方法通过可再现测量获得的值，尽管这些值可能更低。
极高色素黑度测量的再现性
在下一阶段，我们比较了最高黑度范围内的六个单一测量值和六个平均测量值（样本6）。平均测量值是通过对每个点进行五次连续测量并取平均值获得的。这里我们只比较了两种不同光学几何参数的台式设备。图8和图9中左侧绘制的每个测量值的红条（MY）和蓝点（dM）表示单个测量值。
图片
图8：使用d/8°台式仪器测量的样本6的黑（MY）和色相（dM）；在同一个点（1–6）进行六次单次测量，六次取五个测量的平均值（1w–6w）。
图片
图9：样本6的黑度（MY）和色相（dM）的测量使用45°/0°台式仪器；在同一个点（1–6）进行六次单次测量，六次取五次测量的平均值（1w–6w）。
右侧标绘的每个测量的黑条是黑度（MY）和黄点是色相（dM）表示平均值，每个都是五次重复测量的结果。对于每个系列，测量点（测量板在仪器上的位置）保持不变。这些测量结果证明45°/0°光学几何参数的出色再现性和d/8°光学几何参数的显著数据离散性。即使只进行一次而不是多次（本例中为五次）测量来确定一个测量结果，45°/0°分光仪仍然比d/8°分光仪提供更好的再现性。在某些情况下，后者d/8°分光仪再次提供极高的黑度MY和色相dM值。
dM值范围从黄相（负dM值）到非常强烈的蓝相（超过20）。根据我们的研究结果，无论何时发现如此高的MY或dM值，建议您最好检测一下测量方法。
数日的测量
一般来说，如果要将结果相互比较，则应始终在同一天使用相同的校准进行测量。尽管有这个原则，我们还是决定连续几天在高黑度范围内进行测量，每次都使用新的校准，并比较测量结果（图10）。通过使用板5和6测量单个点（五次重复测量的平均值），再次对所有三个仪器进行这一操作。
如果所有次要条件都得到遵守（包括将仪器放置在有空调的房间），45°/0°的光学几何参数仍会产生可比的测量结果。d/8°设置表现不佳，尤其是在dM值的再现性方面。手持式45°/0°装置的数据离散度是可接受的，位列第二；而台式45°/0°仪器的数据离散度最小，是最佳选择。
总而言之，在这种非常专业的黑度等级中进行测量时（如图5和图6所示），应选择45°/0°的光学几何参数，并始终进行多次测量。
图片
图10：样本5和6的黑度（MY）和色相（dM），连续三天测量，每天进行新的校准，平均测量五次。
为什么我们优先选择45°/0°测量光学几何参数
总之，两种测量光学几何参数（45°/0°和d/8°）各有千秋。测量高光泽度、高黑度涂料样本时，应考虑测量范围。
如果黑度不超过MY 300，d/8°分光仪通常会生成可靠的结果。该范围涵盖了涉及炭黑纯色或调色的大多数应用，如在建筑和工业涂料中的应用。
在高黑度或超高黑度涂层领域（尤其在汽车工业中经常使用），我们的经验和这里给出的结果表明，应使用具有45°/0°光学几何参数的仪器用于开发和质量控制。颜色黑度（MY）和色相（dM）只能通过使用这种分光仪光学几何参数得到可靠而可重复的数据。无论何时公布极高的颜色黑度和蓝相值，都应进行严格评估，并验证用于获取这些值的测量方法。
|
